Dinamika Atmosfer Bawah (Tekanan, Konsentrasi, dan Temperatur) Abdu Fadli Assomadi Laboratorium Pengelolaan Pencemaran Udara dan Perubahan Iklim
Dinamika Atmosfer Bawah Atmosfer bawah adalah atmosfer yang sebagian sifatnya dipengaruhi oleh aktifitas yang ada di bumi Ketebalan troposfer bervariasi dengan perubahan latitude Di atas equator rata-rata ketinggian troposfer sekitar 18 km, sementara di atas kutub (utara/selatan) ketebalan troposfer hanya sekitar 8 km Dalam tinjauan cuaca, troposfer mengadung hampir semua uap air dan 80 % massa udara yang ada di atmosfer Dinamika troposfer ditentukan oleh pergerakan udara baik vertikal dan horizontal, karena perbedaan tekanan dan suhu pada altitude dan latitude yang berbeda
Pergerakan udara vertikal di atmosfer merupakan akibat dari (Seinfeld and Pandis 2006): Konveksi dari pemanasan energi matahari pada permukaan bumi Aliran konvergen atau divergen horisontal aliran horisontal melewati roman topografi pada permukaan bumi pelayangan atau pengapungan disebabkan oleh pelepasan panas laten ketika air terkondensasi.
Kesetimbangan energi di troposfer
Tekanan Atmosfer Satuan Rata-rata Tekanan Atmosfer Permukaan Variasi Tekanan Atmosfer Bawah Gas Ideal
Satuan Tekanan Atmosfer Satuan tekanan (SI) newton per meter kuadrat (Nm -2 ) atau pascal (Pa) Tekanan standar atmosfer (1 atmosfer, atm), diukur pada permukaan bumi (0 m dpl) =1,01325 x 10 5 Pa. pengukuran tekanan dapat menggunakan barometer atau manometer, satuan digunakan mmhg torr Satuan lain yang sering digunakan milibar (mbar) 1 mbar = 1 hektopascal (10 2 Pa), 1 Pa = 1 N.m -2 = 1 kg.m -1 s -2 1 atm = 1,01325 x 10 5 Pa = 1013,25 mbar = 760 torr = 760 mmhg 1 bar = 10 5 Pa = 1000 hpa = 1000 mbar 1 torr = 1 mmhg = 134 Pa
Rata-rata tekanan atmosfer Rata-rata tekanan atmosfer permukaan laut adalah 1013 mbar, sedangkan rata-rata tekanan atmosfer permukaan global sekitar 985,5 mbar (Seinfeld and Pandis 2006) Nilai tekanan yang rendah merepresentasikan efek permukaan topografi seperti gunung dan dataran tinggi Pada daerah dengan ketinggian dataran 1,5 km, tekanan berkisar 850 mbar.
Prinsip Gas Ideal PV = nrt atau
Perubahan Tekanan sebagai Fungsi Altitude (p(z) p(z+dz))da = ρ(z).gda.dz (p(z) p(z+dz)) = ρ(z)gdz dp(z) = - ρ (z).g.dz merupakan karakteristik skala ketinggian (scale height)
Perubahan Tekanan sebagai Fungsi Altitude (Penyelesaian)
Tugas 1 Individu (Kamis 1 dan 2) Tentukan rata-rata berat molekul atmosfer! Kasus 1. tentukan nilai skala ketinggian (H) atmosfer rata-rata global: Kasus 2. hitunglah nilai skala ketinggian (H) atmosfer untuk daerah tropis dan kutub! petunjuk: gunakan data suhu rata-rata permukaan dan tropopause di latitude yang sesuai. Kasus 3. Hitunglah perubahan tekanan atmosfer dengan berubahnya ketinggian (km altitude), jika nilai H=7,4 km!
Konsentrasi dan Massa Atmosfer Tekanan dan kerapatan atmosfer makin ke atas (bertambahnya altitude) semakin kecil. Secara prinsip kerapatan atau densitas akan setara dengan konsentrasi (jumlah zat per volume tertentu), sehingga semakin ke atas, konsentrasi udara (zat penyusun atmosfer) juga semakin kecil.
Prinsip Gas Ideal
Tugas 1 Individu (Kamis 1 dan 2) Berdasarkan persamaan gas ideal, hitunglah jumlah molekul tiap cm 3 udara di permukaan laut (z = 0 km)! Hitung pula kerapatan molekulnya (jumlah molekul udara/cm 3 ) Buktikan tentukan konsentrasi dan kerapatan molekul udara di berbagai altitude atmosfer!
Perkiraan Total Massa, Mol, dan Jumlah Molekul Atmosfer Dari sejumlah udara atau gas yang menempati volume tertentu suatu wadah dengan luas A dan ketebalan z, maka massa udara tersebut dapat dihitung
Perkiraan Total Massa, Mol, dan Jumlah Molekul Atmosfer jika wadah tersebut dibagi-bagi menjadi sejumlah lapisan dengan ketebalan mendekati nol (dz= z 0), maka total massa udara dalam ruang volume dengan luasan dasar permukaan bumi (A e =4 R e2, Re=jari-jari bola bumi = 6400 km) menjadi: substitusi z/h dengan x, sehingga dz = -H dx
Tugas 1 Individu (Kamis 1 dan 2) Menggunakan nilai H=7,4 km dan densitas rata-rata atmosfer 1,23 kg/m 3 hitunglah perkiraan kasar total massa atmosfer.
Temperatur temperatur atmosfer bervariasi tidak hanya sebagai fungsi altitude temperatur bervariasi pada latitude yang berbeda pada tiap lapisan atmosfer sudut radiasi matahari berbeda pada latitude yang berbeda rata-rata suhu permukaan atmosfer tropis lebih besar dibandingkan daerah kutub